KR20090051450A - 음식물쓰레기 침출수 및 축산폐수와 같은 초 고농도유기폐수의 정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기 탈리액, 축산폐수 등과 같이 생분해성 유기물, 난 분해성 유기물, 질소, 인과 같은 성분이 초 고농도로 존재하는 유기폐수를 생물학 및 화학적 방법을 병용하여 정화/처리하는 방법에 관한 것이다.

음식물 쓰레기 탈리액, 축산분뇨, 초 고농도 유기폐수, 생물학적 방법, 화학적 방법, 정화, 방류

Description

음식물쓰레기 침출수 및 축산폐수와 같은 초 고농도 유기폐수의 정화방법{The Treatment Method of High Concentrated Organic Waste Water,Like with Leachate of Food Waste Water and Animal Waste Water.}

본 발명은 음식물 쓰레기 탈리액 및 축산분뇨 등과 같은 생분해성, 난분해성 유기물과 질소, 인 성분 등이 초 고농도로 존재하는 폐수를 정화하는 방법이다.

음식물 쓰레기 탈리액은 다량의 생분해성 물질로 인하여 활발한 산발효 미생물이 활동하여 pH가 약 4-5 정도의 산성도를 나타내며, 다량의 입자성 물질(SS 물질)과 유지방 성분이 존재하여 죽같이 보이는 매우 걸죽한 상태이다. 이러한 음식물 쓰레기 탈리액은 BOD 약 7-10만 ppm, COD 약 6-8만 ppm T-N 약 4-6천 ppm의 초 고농도로 다양한 유기물이 존재하는 상태이며, 특히 미생물 생육에 지장을 주는 다양한 독성물질이 독성 한계 이상 존재하여 생물학적 처리를 할 때 미생물의 활동억제 및 사멸현상이 빈번하게 발생되어 처리효율 저하 혹은 처리가 불가능해지는 일이 빈번하게 발생되며. 특히 너무 과도한 농도의 생분해 유기물이 존재하여 호기적 처리가 불가능한 상황이다.

이상과 같은 이유로 인하여 국내 대부분 음식물 처리장에서는 탈리액을 해양 투기하는 실정이며, 일부에서 오염농도를 저감시키기 위하여 혐기성 미생물을 활용한 가수분해 - 산 발효 - 메탄발효 등의 혐기성 처리방법이 운용되고 있으나, 처리기간이 수개월의 많은 시간이 소요 되고 장기간 보관해야하는 관계로 시설의 대규모화가 필수적으로 요구되고, 운전조건이 까다로운 단점이 있으며, 근본적인 문제점으로 이상의 혐기 공정을 통과한 탈리액의 처리효율도 약 55-65%에 지나지 않고, 거의 대부분의 처리시설이 운전상의 문제점이 발생하여 지자체가 이를 이유로 운전을 중단하고 대책을 모색하고 있는 실정이다.

혐기처리방법의 문제점이 도출된 후 새로운 탈리액 처리의 대안으로 감압증발 방법이 몇 시설에서 설치, 운용되고 있으나 이 방법은 증발에 필요한 막대한 에너지 비용이 소요되고, 실증시설에서 운용결과 물보다 증발에너지가 작은 휘발성 물질이 탈리액에 다량 존재하고 있어 물과 함께 다량 증발/농축되어 처리효율이 70-80%로 1만 ppm 이상의 BOD 및 COD값을 나타내는 등 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.

또 하나의 대안으로 음식물을 산 발효 후 하수처리장 질소제거를 위한 고도처리 시 탄소원으로 공급하여 음식물을 처리하는 방법이 있다. 이 방법을 채택하기 위하여는 적정 산발효 시간과 투입비율이 맞아야하는 등 운전 조건이 까다로워 본 방법을 채택 하는 경우 계산상의 배출수 오염농도보다 높은 배출농도를 나타내는 경우가 많아 오염부하 농도에 처리 여유가 있는 하수처리장이어야 하는 제약요인이 있어 적용에 한계가 있다.

축산분뇨의 경우는 음식물쓰레기 탈리액과 유사하게 초 고농도로 유기물이 존재하고 있으며, 특히 질소의 함량이 8,000-5,000 ppm으로 음식물 쓰레기 탈리액에 비해 더 고농도로 존재하고 있으며, 음식물 탈리액에서는 찾아보기 힘든 방부제, 항생제 및 소독약 등 미생물 활동에 치명적인 영향을 주는 독성물질이 독성한계 이상 고농도로 존재하고 있는 특징을 보이고 있으며, 그 농도도 전염병 발생 유무와 농장 상황에 따라 변동폭이 매우 큰 특징을 보이고 있다. 가축분뇨의 이와 같은 특징으로 인하여 국내 대부분의 농가에서는 가축분뇨를 처리가 손쉬운 액비로 만들어 논, 밭에 살포하는 실정이며, 정부에서도 현재 기술로는 가축분뇨를 적정하게 정화 방류하는 것이 어렵다는 것을 인식하고 발생된 가축분뇨를 액비화하는 것을 권장하고 있는 실정이다. 그러나, 우리나라의 지리적 특성상 적정 수준으로 액비를 살포할 수 있는 농경지가 부족하고 축산농가의 편중화로 이마저도 쉽지 않은 실정이다. 이를 타개하기 위하여 정화기술이 절실히 필요한 실정이다. 최근 농림부에서도 많은 연구비를 투자하여 정화기술을 개발하고자 노력하고 있으나, 아직까지 신뢰할 수 있는 기술이 개발되어 있지 않은 실정이다. 일부에서 막을 이용한 가축분뇨의 정화기술이 개발되고 있으나, 막힘현상과 필름현상의 발생으로 고가인 막의 교체주기가 매우 빨라 현실적으로 농가에서 채택하기에는 경제적 부담과 관리의 어려움이 크고 법적 방류기준을 맞추는데 어려움이 많은 실정이다. 또다른 기술로는 호기성 미생물을 사용한 오염물질의 제거 기술이 연구되고 있으나, 폭기조의 불안정성이 큰 관계로 미생물의 활동억제 및 사멸현상이 발생되어 이를 보완하기 위하여 신선한 미생물의 게속적인 공급을 통한 시스템의 안정을 기하는 연구가 진행되고 있으나, 이러한 기술은 농가에서 사용하기에는 전문적 지식의 필요성 등 많은 문제점이 노출되어 아직까지 만족할 만한 농가형의 가축분뇨 정화공법이 대두되고 있지 못한 실정이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 개발한 방법으로, 유기성 오염물이 초 고농도로 존재하는 음식물 쓰레기 탈리액 및 가축분뇨를 정화 혹은 하수 수준으로 오염을 저감하는 것을 경제적으로 달성하는 정화 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 공지의 방법으로 협잡물을 제거한 유기폐수에 금속성 산화 물질(황산알루미늄, PAC, PAS, 황산제2철, 염산제2철 등)로 반응시킨 다음, 양이온성 고분자 응집제를 넣어 입자성 물질을 응집시켜, 공지의 탈수기를 사용하여 액을 분리시키는 탈수과정을 진행시키고, 이와 같이 탈수된 액을 pH가 중성-약알칼리 영역인 pH 6-8이 유지되도록 조절된 혐기조에 이송하여 혐기미생물에 의한 생물학적 분해를 진행 시킨 다음, 폭기조 내의 호기미생물의 최적 생육조건을 조성하기 위하여 다단의 폭기조를 구성하여 pH가 6.5-7.5수준으로 유지되도록 pH를 조절하고 DO가 1-2 이상이 유지되도록 공기를 충분히 유입시킨 다음, pH가 중성-약알칼리 영역인 pH 6-8이 유지되도록 조절된 혐기조에 이송하여 난분해성 물질의 2차분해 및 질소제거를 수행한 후, DO 2 이상으로 조절된 호기조를 통과하여 잔여 생물학적 분해물질을 분해시킨 후, 잔여 COD 물질의 제거를 위해 금속성 산화제(염화 제2철, 황산 제2철 등)와 반응시킨 다음, pH=7로 중화 후 침전시킨 다음 상등액은 방류 혹은 하 수 처리장으로 유입 시키고 침전물은 공지의 방법으로 농축 후 탈수 전의 초기 고농도 유기폐수 저류조로 이송시켜 탈수과정을 집중화 하였으며, 이 과정 중 2차 혐기조에서 전, 후단 호기조로 일정량의 내부 순환 시스템을 구성하여 처리효율을 증대시키는 것을 특징으로 한 음식물 쓰레기 탈리액 및 축산분뇨 등과 같은 생분해성, 난분해성 유기물과 질소, 인 성분 등이 초 고농도로 존재하는 폐수를 정화하는 방법이다.

본 발명은 음식물쓰레기 탈리액과 축산분뇨와 같이 생물학적으로 처리가 어려운 고농도 유기폐수를 효과적으로 처리하여, 대부분 해양투기에 의존하고 있는 음식물쓰레기 탈리액과 대부분 고농도의 액비로 만들어 무분별하게 농지에 살포하여 농경지 오염 및 하천오염의 주범으로 지목받고 있는 축산분뇨를 적정하고 경제적으로 처리 할 수 있는 방법을 제공하였다는 사회적 효과와 고농도 유기폐수의 새로운 처리방법을 제시하였다는데 효과가 있다

본 발명은 초 고농도의 유기폐수(음식물쓰레기 탈리액, 축산폐수 등)를 정화하는 방법으로, 그 구성은 공지의 방법으로 협잡물을 제거한 유기폐수에 금속성 산화 물질(황산알루미늄, PAC, PAS, 황산제2철, 염산제2철 등)을 유기폐수의 상태와 농도에 따라 2,000-5,000ppm 넣어 반응시킨 다음, 양이온성 고분자 응집제를 300~1000ppm 넣어 입자성 물질을 응집시키고, 공지의 탈수기를 사용하여 고형분과 액을 분리시키는 탈수과정을 진행시킨다. 이 과정에서 금속성 산화물질은 고분자 응집제의 응집을 방해하는 유지방 성분등을 분해하고, 금속과 유기물의 킬레이트 형성을 통하여, 고분자 응집제의 응집능력을 향상시키고 응집 프럭의 강도가 우수하여 탈리액의 SS 성분 유입을 최소화 시키는 장점이 있다.

이 과정을 통해 발생된 탈리액은 유입 폐수 성상에 따라 약 75~85% 발생된다.

이와 같이 탈수된 액을 혐기조에 이송하여 혐기미생물에 의한 생물학적 분해를 진행 시킨다. 이때 혐기조의 pH는 중성-약알칼리 영역인 pH 6-8이 유지되도록 물질의 성성에 따라 산 혹은 알칼리를 첨가한다. 본 과정을 통하여 혐기 미생물의 대사과정을 통한 유기물의 분해뿐 아니라, 유기질소 성분의 암모니아성 질소로의 변환을 유도하고, 독성물질의 분해를 유도한다. 본 공정의 주 목적은 유기질소 성분의 암모니아성 질소 변환 및 독성물질의 분해 유도를 통하여 호기 미생물의 독성 쇼크를 저감하여, 다음 단계인 폭기 공정에서 급속한 오염물의 분해를 유도하고, 고농도로 존재하는 질소성분의 충분한 질산화 및 탈질을 유도하기 위함에 있다. 일반적인 고농도의 유기폐수 처리공정에서 혐기공정은 유기물의 분해를 주 목적으로 하나, 본 발명의 1단계 혐기 공정의 주목적은 유기물의 분해보다는 독성 및 충격의 저감에 있는 관계로 체류시간은 약 5-10일로 일반 고농도 유기폐수 처리 공정에서의 혐기공정에 비해 매우 짧은 특징을 가지고 있다.

1단계 혐기공정을 거친 폐수는 1차 호기공정으로 이송된다.

호기공정은 혐기공정에 비해 유기물의 분해속도가 빠르다고 알려져 있다. 그러나 폭기조 내를 충분히 호기상태로 유지(DO=1-2 수준)하기 위해서는 충분한 공기가 유입되어야 하나, 고농도 유기폐수의 경우 거품 넘침 현상이 발생되어 충분한 공기를 유입시킬 수 없어 호기미생물의 생존조건을 맞추어 줄 수 없게 된다. 본 발명에서는 호기조의 거품 넘침 현상 제어 및 충분한 산소의 공급을 보장하고, 호기미생물의 최적 생육조건을 조성하기 위하여 폭기조의 pH가 6.5-7.5수준으로 유지되도록 pH를 조절하고 DO가 1-2로 유지되도록 공기를 충분히 유입시킨다.

1차 폭기조에서 1차 분해가 된 폐수는 2차 폭기조로 이송되며, 2차 폭기조 내부의 DO는 2 이상이 되도록 충분한 공기를 주입하여 호기 미생물에게 충분한 산소 공급을 보장하고, 미생물 대사에 의한 pH의 변화를 조절하기 위하여 알칼리를 투입하여 Ph를 중성영역(6.5-7.5)으로 유지시켜 호기 미생물을 통한 유기물 제거를 가속화 한다. 본 2차의 호기공정을 통하여 평균 98% 이상의 BOD 제거효율을 얻은 처리수는 무산소 개념의 혐기조로 유입되어 호기조에서 발생된 질산성 질소 성분을 탈질시키며, 호기조에서 생성된 호기미생물 및 난 분해성 물질을 분해시켜 메탄을 생성한다. 본 혐기조는 반응이 진행됨에 따라 pH가 알칼리 상태로 이동되어 pH=8 에서부터 혐기 미생물의 반응속도를 현저히 저하시킨다. 본 발명에서는 pH가 8이상으로 되는 것을 방지하기 위하여 산으로 pH를 조정한다. 본 혐기조의 기능은 질소성분의 탈질을 유도하고, 특히, 전 단계에서 다량 발생된 호기 미생물의 혐기분해를 통한 슬러지의 저감, 난분해성 물질의 분해가능 물질로의 전환, 메탄의 생성에 있다. 또한, 본 혐기조와 전단계의 호기조와 내부 순환 시스템(전단계 호기조 유입 폐수의 1-2배 량)을 구성하여 다량 존재하는 난분해성 물질 및 질소 성분의 제거능력을 증가시킨다.

이러한 호기/혐기 내부 순환 시스템의 구성은 하수와 같은 저농도에서 고도처리의 기술로 이용되고 있으나, 본 발명에서와 같은 고농도 유기폐수의 처리에서는 구성목적이 저 농도와 달리 다량의 난분해성 물질의 분해가능 물질로의 전환을 통한 제거효율의 극대화 및 메탄 생성의 극대화에 있어 혐기조의 체류시간이 긴(10-15일) 특징이 있다.

혐기조를 통과한 처리수는 호기조에 유입되어 잔여 BOD 물질의 제거를 수행한다. 이 과정을 통하여 잔여 생분해성 물질의 제거 및 생분해성 물질로 전환된 난분해성 물질의 제거가 동시에 진행된다.

생물학적 처리의 최종 단계인 호기조를 통과한 처리수는 잔여 COD 물질의 제거를 위해 금속성 산화제(염화 제2철, 황산 제2철 등)와 반응시킨 다음, pH=7로 중화 후 침전시킨 다음 상등액은 방류 혹은 하수 처리장으로 유입 시키고 침전물은 공지의 방법으로 농축 후 탈수 전의 초기 고농도 유기폐수 저류조로 이송시켜 탈수과정을 집중화 한다.

이러한 일련의 공정을 통과 한 고농도 유기 폐수의 처리 결과는

음식물 쓰레기 탈리액의 경우, 아래 표와 같으며

	BOD(ppm)	COD(ppm)	T-N(ppm)	T-P(ppm)
처리 전	100,000	80,000	4,500	1,500
처리 후	38	137	26	3
처리효율(%)	99.9	99.9	99.4	98.9

슬러리 돈사 축산분뇨의 경우, 아래 표와 같다.

	BOD(ppm)	COD(ppm)	T-N(ppm)	T-P(ppm)
처리 전	57,000	68,000	6,800	2,300
처리 후	56	125	58	2
처리효율(%)	99.9	99.7	96.8	98.9

처리 공정도

Claims (3)

1. (1) 초 고농도의 오염물이 존재하는 음식물 쓰레기 탈리액과 축산분뇨등의 고농도 유기폐수에 금속성 산화 물질(황산알루미늄, PAC, PAS, 황산제2철, 염산제2철 등)을 유기폐수의 농도에 따라 2,000-5,000ppm을 넣어 반응시킨 다음, 양이온성 고분자 응집제를 탈리액의 농도에 따라 300~1000ppm 넣어 입자성 물질을 응집시키고, 탈수기를 사용하여 고형분과 액을 분리시키는 단계;

   (2) 이와 같이 탈수된 액을 pH 중성-약 알칼리영역(6-8)으로 조정되고, 서서히 회전하는 아지데이타가 설치된 혐기조에 정량으로 투입하여 유기질소 성분의 암모니아성 질소 변환 및 독성물질의 분해 유도를 통한 다음 단계인 폭기 공정에서 호기 미생물의 충격을 완화하는 단계;

   (3) DO=1-2가 되도록 브로아를 통하여 충분한 공기를 주입하며, pH가 중성6.5-7.5수준으로 유지되도록 조절된 1차 폭기조 단계;

   (4) DO=2 이상이 되도록 브로아를 통하여 충분한 공기를 주입하며, pH가 중성6.5-7.5수준으로 유지되도록 조절된 2차 폭기조 단계;

   (5) 그리고 pH를 7-8수준으로 유지 되도록 조절되고 아지데이타가 설치된 혐기조 단계;

   (6) 호기조에 유입되어 전단계인 혐기조에서 생분해성 물질로 전환된 난분해성 물질의 제거가 진행 되며, 호기 미생물 세포로 잔여 인이 축적되는 단계;

   (7) 1차 폭기조 유입 폐수량의 1-2배의 량을 (5)의 혐기조에서 (3)의 1차 폭기조로 내부 순환하는 단계;

   (8) 잔여 COD 물질의 제거를 위해 금속성 산화제(염화 제2철, 황산 제2철 등)와 반응시킨 다음, pH=7로 중화 후 침전시켜 상등액을 방류 혹은 하수 처리장으로 유입 시키고, 침전물은 공지의 방법으로 농축 후 탈수 전의 초기 고농도 유기폐수 저류조로 이송시키는 단계로 구성된 음식물쓰레기 침출수 및 축산폐수와 같은 초 고농도 유기폐수의 정화방법.
2. 제1항에 있어서, (5)단계에서, 혐기조를 다단으로 분리하여 난분해성 물질의 분해 및 탈질을 촉진하는 음식물쓰레기 침출수 및 축산폐수와 같은 초 고농도 유기폐수의 정화방법.
3. 제1항에 있어서, (6)단계의 호기조에서 (5)단계 혐기조로, (5)단계 혐기조 유입수의 1-2배를, 내부순환 하여 질소 제거 효율을 증대시키고 슬러지 발생량을 저감시키는 음식물쓰레기 침출수 및 축산폐수와 같은 초 고농도 유기폐수의 정화방법.

Images